RU2252150C2 - Traction vehicle ac power transmission - Google Patents
Traction vehicle ac power transmission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2252150C2 RU2252150C2 RU2003111944/11A RU2003111944A RU2252150C2 RU 2252150 C2 RU2252150 C2 RU 2252150C2 RU 2003111944/11 A RU2003111944/11 A RU 2003111944/11A RU 2003111944 A RU2003111944 A RU 2003111944A RU 2252150 C2 RU2252150 C2 RU 2252150C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- traction
- generator
- synchronous
- heat engine
- control unit
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000027311 M phase Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию тягового транспортного электроподвижного состава, т.е. таких транспортных средств, как тепловозы, дизель-поезда, автомобили и т.д., у которых передачи мощности с вала теплового двигателя (ТД) к осям движущих колес выполнены на переменном токе с непосредственным подключением асинхронных тяговых двигателей (АТД) к тяговому синхронному генератору без промежуточных преобразователей и устройств. Известны электрические передачи мощности переменного тока, не содержащие промежуточных преобразователей между тяговым синхронным генератором и асинхронными тяговыми двигателями, скорость которых изменяется ступенями при изменении числа пар полюсов 2р электрических машин [1, 2]. Эти электрические передачи мощности переменного тока имеют сложную многоприводную систему, что усложняет передачу, снижает ее надежность и ухудшает тяговые свойства тягового транспортного средства. Известна также электрическая передача мощности переменного тока, содержащая тяговый синхронный генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение тепловым двигателем, и асинхронные тяговые двигатели, подключенные к тяговому синхронному генератору [3]. Скорость вращения валов асинхронных тяговых двигателей ωатд изменяется путем изменения скорости вращения вала теплового двигателя ωатд и изменения числа пар полюсов тягового синхронного генератора. Известна электрическая передача мощности, содержащая тяговый синхронный генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение от теплового двигателя, и асинхронные тяговые двигатели, подключенные к тяговому синхронному генератору, у которого соседние обмотки статора взаимно смещены по окружности его расточки [4]. Недостатком указанных электрических передач мощности является то, что скоростной диапазон не может быть широким, т.к. число переключении полюсов не превосходит 1-2 из-за чрезмерного возрастания веса коммутационной аппаратуры и самих электрических машин. Переключение полюсов электрических машин связано с коммутацией силовой цепи статора тягового синхронного генератора, передающей мощность Р от тягового синхронного генератора к асинхронным тяговым двигателям, что приводит к исчезновению или значительному уменьшению силы тяги тягового транспортного средства в процессе переключения, к броскам тока и вращающего момента в начале и конце такого переключения и к ухудшению тяговых свойств тягового транспортного средства, снижению надежности и экономичности электрической передачи мощности.The present invention relates to electrical equipment of a traction transport electric rolling stock, i.e. vehicles such as diesel locomotives, diesel trains, cars, etc., in which power transfers from the shaft of a heat engine (TD) to the axes of the driving wheels are made with alternating current with direct connection of asynchronous traction motors (ATD) to a synchronous traction generator without intermediate converters and devices. Known electrical power transmission of alternating current, not containing intermediate converters between a synchronous traction generator and asynchronous traction motors, the speed of which changes in steps with a change in the number of pole pairs 2p of electrical machines [1, 2]. These AC electric power transmissions have a complex multi-drive system, which complicates the transmission, reduces its reliability and degrades the traction properties of the traction vehicle. Electric AC power transmission is also known, comprising a synchronous traction generator with several m-phase stator windings driven by a heat engine and asynchronous traction motors connected to a synchronous traction generator [3]. The rotation speed of the shafts of induction traction motors ω atd is changed by changing the rotation speed of the shaft of the heat engine ω atd and changing the number of pairs of poles of the synchronous traction generator. Known electric power transmission, containing a synchronous traction generator with several m-phase stator windings, driven by a heat engine, and asynchronous traction motors connected to a synchronous traction generator, whose adjacent stator windings are mutually offset around the circumference of its bore [4]. The disadvantage of these electric power transmissions is that the speed range cannot be wide, because the number of pole switching does not exceed 1-2 due to the excessive increase in the weight of the switching equipment and the electrical machines themselves. The switching of the poles of electric machines is connected with the switching of the power circuit of the stator of the traction synchronous generator, transmitting power P from the traction synchronous generator to asynchronous traction motors, which leads to the disappearance or significant decrease in the traction force of the traction vehicle during the switching process, to current surges and torque at the beginning and the end of such a switch and to the deterioration of the traction properties of the traction vehicle, reduce the reliability and efficiency of electric power transmission .
Предлагаемая электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства содержит следующие элементы (см. принципиальную блок-схему на чертеже): тяговый синхронный генератор 1, обмотка возбуждения которого подключена к блоку возбуждения 2, вал тягового синхронного генератора соединен с валом теплового двигателя 3, асинхронный тяговый электродвигатель с фазным ротором 4, статорные обмотки которого подключены к статорным обмоткам тягового синхронного генератора, а роторная обмотка - к выходу непосредственного (без звена постоянного тока - выпрямителя) преобразователя частоты 5, также подключенного к статорным обмоткам тягового синхронного генератора, блок управления 6 непосредственного преобразователя частоты, подключенный к его входу, вал асинхронного тягового электродвигателя соединен с осью движущих колес 7, а также блок управления 8 тепловым двигателем и электрической передачей мощности, подключенный к тепловому двигателю 3, блоку возбуждения 2 тягового синхронного генератора и блоку управления 6 непосредственного преобразователя частоты.The proposed electric power transmission of alternating current of a traction vehicle contains the following elements (see the schematic block diagram in the drawing): a traction synchronous generator 1, the field winding of which is connected to the excitation block 2, the shaft of the traction synchronous generator is connected to the shaft of the heat engine 3, asynchronous traction an electric motor with a phase rotor 4, the stator windings of which are connected to the stator windings of the traction synchronous generator, and the rotor winding is connected to the direct output (without direct current Vienna (rectifier) of the frequency converter 5, also connected to the stator windings of the traction synchronous generator, the control unit 6 of the direct frequency converter connected to its input, the shaft of the asynchronous traction motor is connected to the axis of the driving wheels 7, as well as the control unit 8 of the heat engine and electric power transmission connected to the heat engine 3, the excitation unit 2 of the traction synchronous generator and the control unit 6 of the direct frequency converter.
Электрическая передача мощности переменного тока работает следующим образом. Частота вращения ωАТД вала асинхронного тягового электродвигателя зависит от частоты напряжения в статорных обмотках и в обмотке его ротора и определяется выражением ωАТД=2π(f1±f2)/p, где f1 и f2 - соответственно частота напряжения тягового синхронного генератора и частота напряжения в обмотке ротора асинхронного тягового электродвигателя, р - число пар полюсов асинхронного тягового электродвигателя. Знак “минус” в этом выражении соответствует вращению полей статора и ротора асинхронного тягового электродвигателя в одном направлении, а знак “плюс” - в противоположных направлениях. Изменяя частоту и напряжение в обмотке ротора асинхронного тягового электродвигателя, можно заставить вращаться его вал с частотой вращения ωАТД как выше, так и ниже синхронной частоты вращения ω0, т.е. осуществлять двухзонное изменение частоты вращения ωАТД. В электрической передаче мощности с помощью блока управления 6 преобразователем 5 осуществляется независимое изменение как частоты f2 напряжения, подводимого к обмотке ротора, так и значения самого напряжения. В результате в электрической передаче мощности асинхронный тяговый электродвигатель работает в режиме машины двойного питания. При перевозбуждении (при большом токе ротора) асинхронный тяговый электродвигатель может генерировать реактивную мощность в тяговый синхронный генератор, работая с опережающим коэффициентом мощности, что является очень ценным свойством предлагаемой электрической передачи мощности. Кроме того, питание асинхронного тягового электродвигателя не от преобразователя частоты, а непосредственно от тягового синхронного генератора обеспечивает более высокие значения КПД тягового синхронного генератора и асинхронного тягового электродвигателя.Electric transmission of AC power works as follows. The frequency of rotation ω ATD of the shaft of an asynchronous traction electric motor depends on the frequency of voltage in the stator windings and in the winding of its rotor and is determined by the expression ω ATD = 2π (f 1 ± f 2 ) / p, where f 1 and f 2 are the voltage frequency of the synchronous traction generator, respectively and the voltage frequency in the rotor winding of an induction traction electric motor, p is the number of pairs of poles of the asynchronous traction electric motor. The minus sign in this expression corresponds to the rotation of the stator and rotor fields of the asynchronous traction electric motor in one direction, and the plus sign - in opposite directions. By changing the frequency and voltage in the rotor winding of an asynchronous traction electric motor, it is possible to make its shaft rotate with a rotation frequency ω ATD both above and below the synchronous rotation frequency ω 0 , i.e. implement a two-zone change in the frequency of rotation ω ATD . In electric power transmission using the control unit 6 of the converter 5, an independent change is made both to the frequency f 2 of the voltage supplied to the rotor winding and to the voltage value itself. As a result, in electric power transmission, the asynchronous traction motor operates in a dual-power machine mode. During overexcitation (with a high rotor current), an asynchronous traction motor can generate reactive power in a synchronous traction generator, working with a leading power factor, which is a very valuable property of the proposed electric power transmission. In addition, the power supply of the asynchronous traction electric motor not from the frequency converter, but directly from the synchronous traction generator provides higher values of the efficiency of the synchronous traction generator and the asynchronous traction motor.
При работе асинхронного тягового электродвигателя с подсинхронной частотой вращения ωАТД, т.е. когда ωАТД<ω0, мощность, потребляемая со стороны статора, частично поступает на вал; остальная часть, исключая потери, через ротор возвращается в тяговый синхронный генератор.When operating an asynchronous traction motor with a sub-synchronous rotation frequency ω ATD , i.e. when ω ATD <ω 0 , the power consumed by the stator partly enters the shaft; the rest, excluding losses, is returned through the rotor to the synchronous traction generator.
При f2=0 асинхронный тяговый электродвигатель превращается в обычную синхронную машину с возбуждением постоянным током.When f 2 = 0, the asynchronous traction motor turns into a conventional synchronous machine with direct current excitation.
При работе асинхронного тягового электродвигателя с надсинхронной частотой вращения ωАТД, т.е. когда ωАТД>ω0, электрическая мощность будет подводиться как со стороны статора, так и со стороны ротора. Мощность, равная сумме этих мощностей статора и ротора, за вычетом потерь, преобразованная в механическую, будет передана на вал асинхронного тягового электродвигателя.When operating an asynchronous traction motor with a supersynchronous rotation frequency ω ATD , i.e. when ω ATD > ω 0 , electric power will be supplied both from the stator and from the rotor. Power equal to the sum of these stator and rotor powers, minus losses, converted into mechanical power, will be transferred to the shaft of the asynchronous traction electric motor.
Из принципа работы электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства следует, что непосредственный преобразователь частоты должен быть многофазным. При проходе через синхронную частоту вращения ω0 следование напряжения по фазам на выходе непосредственного преобразователя частоты должно менять свой знак, благодаря чему поле ротора изменяет свое направление вращения относительно ротора; при синхронной частоте вращения ω0 преобразователь частоты должен в зависимости от фазового положения ротора соответствующим образом распределять постоянный ток возбуждения между фазами ротора асинхронного тягового электродвигателя. Преобразователь частоты должен быть реверсивным для активной и реактивной мощностей, не должен вносить потерь реактивной мощности. Высокий КПД преобразователя частоты должен обеспечиваться ключевым режимом работы переключающих полупроводниковых элементов. Преобразователь частоты со всеми перечисленными свойствами может быть выполнен без звена постоянного тока, т.е. должен быть непосредственным преобразователем частоты.From the principle of operation of the electric power transmission of alternating current of the traction vehicle, it follows that the direct frequency converter must be multiphase. When passing through a synchronous frequency of rotation ω 0 , the phase voltage following the output of the direct frequency converter should change its sign, due to which the rotor field changes its direction of rotation relative to the rotor; at a synchronous speed ω 0, the frequency converter must, depending on the phase position of the rotor, appropriately distribute the direct excitation current between the phases of the rotor of the asynchronous traction motor. The frequency converter must be reversible for active and reactive powers, and must not introduce reactive power losses. High efficiency of the frequency converter should be ensured by the key mode of operation of switching semiconductor elements. A frequency converter with all of the above properties can be performed without a DC link, i.e. must be a direct frequency converter.
Важной особенностью электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства является небольшая установочная мощность непосредственного преобразователя частоты и простота управления асинхронным тяговым электродвигателем, плавное и экономичное регулирование частоты вращения ωАТД вала асинхронного тягового электродвигателя, возможность изменения напряжения и частоты в роторной обмотке по требуемому закону, обеспечивающему необходимую перегрузочную способность асинхронного тягового электродвигателя и рациональное распределение реактивной мощности между роторной и статорными обмотками.An important feature of electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle is the small installation power of the direct frequency converter and the ease of control of an asynchronous traction motor, smooth and economical regulation of the rotational speed ω ATD of the shaft of an asynchronous traction motor, the possibility of changing the voltage and frequency in the rotor winding according to the required law, which ensures the necessary overload capacity of the asynchronous traction motor and National Board of reactive power distribution between the rotor and stator windings.
В предлагаемой электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства блок возбуждения 2 тягового синхронного генератора 1 обеспечивает такой закон изменения его тока возбуждения, при котором его мощность остается примерно постоянной при данной скорости вращения вала двигатель-генератора. Это означает, что напряжение тягового синхронного генератора должно изменяться в обратно пропорциональной зависимости от тока его нагрузки, то есть от тока асинхронного тягового электродвигателя.In the proposed electric power transmission of alternating current power of the traction vehicle, the excitation unit 2 of the synchronous traction generator 1 provides such a law for changing its excitation current at which its power remains approximately constant at a given rotation speed of the engine-generator shaft. This means that the voltage of the synchronous traction generator must vary inversely with its load current, that is, the current of the asynchronous traction motor.
При трогании (пуске) тягового транспортного средства значение сигнала задания nк блока управления 8 такое, что скорость вращения вала двигатель-генератора минимальна. При этом блок управления 6 обеспечивает минимальную разность частот f1 и f2. Разгон тягового транспортного средства осуществляется путем увеличения скорости вращения вала двигатель-генератора, а значит и частоты f1.When starting (starting) the traction vehicle, the value of the reference signal n to the control unit 8 is such that the speed of rotation of the shaft of the engine-generator is minimal. In this case, the control unit 6 provides the minimum frequency difference f 1 and f 2 . Acceleration of the traction vehicle is carried out by increasing the speed of rotation of the shaft of the engine-generator, and hence the frequency f 1 .
При установившемся режиме работы двигатель-генератора, то есть при постоянных значениях скорости вращения его вала и частоты f1, скорость движения тягового транспортного средства изменяется автоматически в зависимости от изменений силы сопротивления движению путем изменения частоты f2 и напряжения тягового синхронного генератора 1 с помощью системы управления тепловым двигателем и передачей мощности, содержащей блок возбуждения 2 и блоки управления 6 и 8.With the steady state operation of the engine generator, that is, at constant values of the speed of rotation of its shaft and frequency f 1 , the speed of the traction vehicle changes automatically depending on changes in the resistance to movement by changing the frequency f 2 and the voltage of the synchronous traction generator 1 using the system controlling a heat engine and transmitting power comprising an excitation unit 2 and control units 6 and 8.
Источники информацииSources of information
1. Патент Великобритании 1064772, кл. Н 2 А, 1964.1. UK patent 1064772, CL H 2 A, 1964.
2. Патент Великобритании 1067070, кл. Н 2 А, 1974.2. UK patent 1067070, CL H 2 A, 1974.
3. Рудаков Б.В., Семенов Н.П., Сушков Б.А. Двухчастотный синхронный генератор и многоскоростной асинхронный двигатель для передвижных установок. - Энергетика, 1967, №5.3. Rudakov B.V., Semenov N.P., Sushkov B.A. Dual-frequency synchronous generator and multi-speed asynchronous motor for mobile installations. - Energy, 1967, No. 5.
4. А.с. 691320 М. кл2. B 60 L 11/08, 1979, БИ №38.4. A.S. 691 320 M. cl 2 . B 60 L 11/08, 1979, BI No. 38.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111944/11A RU2252150C2 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Traction vehicle ac power transmission |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111944/11A RU2252150C2 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Traction vehicle ac power transmission |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003111944A RU2003111944A (en) | 2004-11-20 |
| RU2252150C2 true RU2252150C2 (en) | 2005-05-20 |
Family
ID=35820814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111944/11A RU2252150C2 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Traction vehicle ac power transmission |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2252150C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509002C2 (en) * | 2012-03-30 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Electric transmission of ac traction vehicle power |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1067070A (en) * | 1964-09-18 | 1967-05-03 | Nat Res Dev | Improvements in or relating to traction systems |
| US3519909A (en) * | 1967-10-23 | 1970-07-07 | Westinghouse Electric Corp | Adjustable speed motor drive using a wound rotor of an induction motor mechanically connected to the armature of a d.c. motor,both electrically connected by a control system |
| SU412031A1 (en) * | 1972-02-25 | 1974-01-25 | ||
| DE2434253A1 (en) * | 1974-07-17 | 1976-01-29 | Gerhard Dipl Ing Hagedorn | Combined engine and electric motor transmission - with motor transmitting torque between engine and differential as brake or clutch |
| SU844401A1 (en) * | 1979-04-19 | 1981-07-07 | Воронежский Инженерно-Строительныйинститут | Electric traction drive |
| RU2225301C2 (en) * | 2002-04-08 | 2004-03-10 | Российский государственный открытый технический университет путей сообщения | Traction vehicle ac power transmission |
-
2003
- 2003-04-24 RU RU2003111944/11A patent/RU2252150C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1067070A (en) * | 1964-09-18 | 1967-05-03 | Nat Res Dev | Improvements in or relating to traction systems |
| US3519909A (en) * | 1967-10-23 | 1970-07-07 | Westinghouse Electric Corp | Adjustable speed motor drive using a wound rotor of an induction motor mechanically connected to the armature of a d.c. motor,both electrically connected by a control system |
| SU412031A1 (en) * | 1972-02-25 | 1974-01-25 | ||
| DE2434253A1 (en) * | 1974-07-17 | 1976-01-29 | Gerhard Dipl Ing Hagedorn | Combined engine and electric motor transmission - with motor transmitting torque between engine and differential as brake or clutch |
| SU844401A1 (en) * | 1979-04-19 | 1981-07-07 | Воронежский Инженерно-Строительныйинститут | Electric traction drive |
| RU2225301C2 (en) * | 2002-04-08 | 2004-03-10 | Российский государственный открытый технический университет путей сообщения | Traction vehicle ac power transmission |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509002C2 (en) * | 2012-03-30 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Electric transmission of ac traction vehicle power |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1020095C2 (en) | Electromechanical converter. | |
| CA2404942C (en) | Universal frequency electrical generator | |
| US5083077A (en) | Brushless doubly-fed generation system for vehicles | |
| US6815934B2 (en) | Induction generator power supply | |
| EP2244907B1 (en) | A method of operating an electromechanical converter, a controller and a computer program product | |
| US7330016B2 (en) | Induction generator power supply | |
| KR940000306A (en) | AC variable speed drive device and electric vehicle drive system using the device | |
| AU2001247896A1 (en) | Universal frequency electrical generator | |
| US4039910A (en) | Dynamoelectric machine | |
| CN110383639A (en) | Dynamo-electric machine system | |
| RU2225301C2 (en) | Traction vehicle ac power transmission | |
| US6713889B2 (en) | Motor-generator system for a motor vehicle with hybrid traction drive | |
| RU2252150C2 (en) | Traction vehicle ac power transmission | |
| RU2297090C1 (en) | Traction vehicle electric power transmission gear | |
| RU2247039C2 (en) | Electric power transmission of traction vehicle | |
| RU2207701C1 (en) | Electric power transmission device of traction vehicle | |
| RU2283247C1 (en) | Traction vehicle ac electric power transmission | |
| JP2001339976A (en) | Brushless induction generator | |
| Kusko et al. | Vehicle electric drive systems | |
| US1098345A (en) | Generation of polyphase alternating electric currents of varying frequencies. | |
| JP2000004504A (en) | Control method of electric torque converter | |
| RU2692288C1 (en) | Autonomous vehicle traction electric drive | |
| SU1728959A1 (en) | Electric machine assembly for production of constant frequency and voltage under variable rotary speed of primary engine | |
| CN2572654Y (en) | integral type speed-changing constant frequency constant voltage brushless generator set | |
| Henniker | Cascade connections |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060425 |